动静压轴承的理论计算_来晓枫
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第卷第期年月马钢职工大学学
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动静压轴承的理论计算
来晓枫,]来涛[2](马钢设计研究院安徽马鞍山243()X())(马钢职工大学安徽马鞍山24301)
摘要:动静压抽承是近年来发展较快的一种新型液体油膜抽承由流体力学出发对动静压轴承设计中的理论计
算进行
了探讨为动静压抽承的设计计界提供了理论依据
关键词:油膜抽承;雷诺方程
;差
分
中图分类号:TH13文献标识码:A文章编号:1以刃一5136(2X()3)02一仪刃5一以
1动静压轴承简介
我们知道动压或静压轴承是分别依靠轴转动
和外供压力油在轴与轴承间形成一层压力油
膜
从而处于液体磨擦下工作的动压轴承结构简单但油膜的形成及保持须一定的条件故使用范
围受到一定限制静压轴承虽然适用范围广但油膜的动力效应没有利用这一点在重载场合尤
为明显
图1轴承油腔示意图动静压轴承则兼有动压和静压轴承优点如图l所示它即有动压腔又有静压腔当轴静止
或转速低速临界值时静压供油系统向静压腔送人高压油将轴托起并承受载荷使轴承处于完全
液体摩擦状态这样避免了在起动停车和低速运
行时的干摩擦或半干摩擦状态减少了起动力矩
和轴承的磨损当轴在高速下正常运行时由动压
供油系统(可与静压供用)向动压腔送人低压油
使轴承在动压效应下工作若动压效应仍不能形
成足够的承载力则可同时向动压和静压腔供油使轴承同时具备动压效应和静压效应两种作用
提高轴承承载力由上述动静压轴承的工作原理可看到动静
压轴承在结构上具有如下特点:1与动压轴承相比具有静压腔
2与静压轴承相比具有足够大的动压滑动
面静压腔个数较少尺寸较小3可
同时具有两套供油系统且静压系统压
力较高4静压腔个数和位置配置比较灵活对不同
的场合有更大的适应性
动静压轴承依工作方式不同可分为
:
(l)静压浮升动压工作式;(2)动静压混合
工作式;(3)静压工作动压辅助式由结构型式可分为
:
(l)中央单油腔式;(2)轴向双油腔式;(3)周向双油腔式;(4)四油腔式由承受载荷方向可分为:(l)径向轴承;(2)推力轴承;(3)径向推力组
合式轴承
总之动静压轴承是一种基于流体力学基础上的兼有动压油膜和静压油膜的作用又拥有不同于动压轴承和静压轴承的设计方法的全液体摩
擦轴承—油膜轴承
2轴承间隙计算
收稿日期:2印3一01一25
作者简介:【l]来晓枫(1952一)女马钢幽栩院院机械所」泥是师
图2轴承间隙示意图马钢职工大学学报2X()3年第2期如图2所示当轴在油膜轴承中转动时由于润滑油的粘性作用轴中心O;与轴承中心O:不重合中心联线与外载荷作用线之夹角巾为偏位角距离。为偏心距设h为轴承间隙则有h=f(0)如图2有:通01二人(8);即:h(8)=注01一BOI由以0201有:sP一有量纲进油压力
;
习二一无量纲速度系
数
;
(今
二12卒
nR
3/SPho,
)
滩。,=丫咬厄+。,一2刁孔05(二一。
)
设8略去。2项则上
式为:
只。凡岁,碗二H习几,日二咬
卜Z△几。△
ll
AOI
=了(双+ec创刃)2一(e图招)2
二R+eeo刃
(略去(配坎刃)2项)当O>二2/时有同样结果
当。;与。:重合时有h。=R一y称轴承半径间隙由图2知Bo;
=
y
故oBl=R一h0这样有:h(0)AO;一BO;=R+eCO男一R+h。=h。+eCO功
令。二。/h0;称为轴承偏公率则:h(口)=ho(l+。OC功)(l)
(l)式为轴承间隙计算公式
图3
节点划分示意
圈
用有限差分法解(3)式采用四点差分格式如图3在i及j方向分别取步长
△0和△z由
上面讨论知轴承间隙沿周向变化故为提高准确性H取为iHj;二;iHj十1二;iH1二;iH12/,,由差分原理有:矍_p`十1i一pix5
韶一△8
矍_pi+11一p`
一z
日Z一△Z
鱼_iP十,s一p
`
1二
、
击一△0
易(。3留,二“寸
一
,
pilz一pii
△02
3雷诺方程的数值
解
由流体力学有
:
成1二j(
pis一pili
△82
a门a尸丽、月丽
=川j
’
左
piIl一pii
△22
最(、,窦卜星(、,寰)=6ou鬓(2)万考j
l二
pii一pii一
△22
(2)式即为雷诺方程它描述了在微小间隙
内流体的压力分布是流体润滑轴承的基础方程
这是一个有量纲方程为了方便计算我们将它无量纲化令:X=卿;h。=h0H;P=.PsP;z二ZL
又由于U=2兀nR代人(2)式有
:
以上各式代人(3)式得差分形式的雷诺方
程:p`j=A`尹`,1j+B`尹`一1j+C`jP`
j,;
+
D`尹`j1+E:
j(4
)
式中:
旦,.3r鱼
~~〔刃(大7
RZa
)+牛冬(h3
L〔龙
加。dH
蕊,=今丽
口
,
其中:万一一无量纲油膜厚度
;
尸_无量纲压力
;
Z_
无量纲轴
承宽度
;
L_
有量纲轴承宽度
;
n_有量纲转速;
产一有量纲油粘度
;
_斌+1二,
一△护iGj
_川i1二壁一△zZiCjLB=其黔0犷`1j;Dij二卫五业孟望
△Z
ZCj
L
。旦三~卫纽
一
-一iG,j
iACIiE
矿一
L
△22总第20期来晓枫:动静压轴承的理论
计
算
要解(4)式须给定压力边界条件图4可示为动静压轴承的压力边界4流量连续方程
只彗鬓彝莽
图4轴承压力边界图
边界Ml为油膜破裂起始边界本文采用较常用的雷诺边界条件雷诺边界条件认为油膜在破裂处压力分布曲线斜率为零即:鬃=。叭~~~~刀卜四~~一~可~韶一“边界峡为轴向车端面其压力为零边界蝎为油膜起始边界其压力供油压力aP边界呱为静压腔边界其压力为静压腔压力rP几的计算我们下面讨论边界残对全园轴承来说则不是边界对部分瓦轴承则认为压力为零综上所述有边界条件:将图5中静压腔部分取出有图6其中斜线表示的静压腔由四个网格点确定:(“cJ)(“DJ)(BICJ)(BIDJ)流人油腔的流量rQ由油腔周边流出的流量分别为Ql仇场仇轴转动方向为u由轴转动带过的流量Q在静压腔上应用流量连续方程并假设每一网格与轴表面间的间隙是平行的这样通过间隙的流量可描述成流过每个网格与轴表面间隙的流量之和油腔的出油量在周边的
网格上可应用平行板流量公式如此有
:
Q=Q;+仇+场+q+Qu其中:(5)
。1=器,纳二,(-rPIP^1
,
。=器,纳+,二,(-rPP,s+1,
韶R
Z
一己2Ll
韶R
Z
一己ZLZI
纷*,二(-rP尸,*1)
纷刃+,二(-rPP,二,,)
飞4Q
8P_:淤=0e二
0:
加一”甘一。
:
:P
=0Z=0Z二1
;
:尸二aP0二0;2
:P=PM4(8Z)
;
Q=气蜘1二,一H,^一二,,二
式中符号意义同前(5)式为无量纲流量连续
方程的差分形式有量纲流量表达式为
:
伍二久伪(6)
lM残峡呱
…二二“卜呀
二二尸份护,宁个
二…
二
式中久—有量纲系数几
二
乃几。3L
12解
图5轴承网格划分图将一轴承分成若干网格则利用(4)式可写出
同样数目的方程由边界条件解这些线性代数方程组其解即是油膜轴承的油膜压力分布图5为轴承网格划分图
将(6)式代人(5)式可解得静压腔压力。=:豁,翼`呱一,pIA一+川月
一,
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+
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二
「龄:(、,左,·、1月,·纂答:
(
、二
,月
,·
州jD;二)」
(7)其中:马一无量纲流系数
踌
=
认/
几
式(7)为尸无量纲差分形式由式(7)
解得的
乃即为边界M4的乃这样将式(7)与式(4)联解即可得动静压轴承内的压力分布并进而可计算轴承的其它性能参数图6轴承静压腔网格划分图
